E5104

• Nota Topik 1

POLITEKNIK MERLIMAU


JABATAN KEJURUTERAAN ELEKTRIK



TOPIK 1



BEKALAN KUASA



Power Supply adalah unit bekalan kuasa membekalkan kuasa elektrik kepada semua bahagian komponen elektronik. Kebanyakan peralatan elektronik memerlukan satu unit bekalan kuasa untuk menukarkan ‘current’ AC yang diterimanya daripada sumber bekalan elektrik awam kepada‘current’yang sesuai untuk peralatan ini (‘current AC yang mempunyai voltan yang rendah ataupun DC). Peralatan seperti TV ,Radio , komputer memerlukan unit bekalan kuasa untuk mengubah bekalan elektrik awam (240 Volt AC) kepada bekalan AC yang lebih rendah atau kepada ‘current’ terus (DC).



Fungsi utama unit bekalan kuasa ialah untuk memberikan voltan serta arus yang cukup kepada sesuatu alat elektronik. Pembekal kuasa akan menukarkan voltan 220 / 240 volt AC 50 Hz kepada voltan DC yang berlainan bergantung kepada bahagian unit sistem tersebut.



BEKALAN KUASA LINEAR



Bekalan kuasa jenis ini biasanya lebih senang dikenalpasti dan dibaiki kerosakannya kerana mempunyai litar yang lebih mudah. Satu bekalan kuasa ‘linear’ yang paling asas mempunyai sebuah transformer, rektifier dan beberapa kapasitor sebagai penapis (untuk meratakan dan menyelaraskan gelombang kuasa). Sebenarnya regulator merupakan litar yang paling kompleks dalam bekalan kuasa dan biasanya terdiri daripada satu litar bersepadu sahaja.

Kebaikan sumber bekalan kuasa ‘linear ini ialah dari segi mudahnya dan tahan lama. Walaubagaimana pun sumber bekalan kuasa ini bukanlah jenis yang ‘fesyen’ dan terbaik



2 cara bekalan kuasa a.t di perolehi dari bekalan a.u iaitu :

i. Bekalan kuasa a.t linear

ii. Bekalan kuasa a.t mod pensuisan













BEKALAN KUASA LINEAR



Bekalan kuasa elektrik di rumah adalah dalam nilai au 240 volt di mana ia tidak boleh digunakan terus oleh peralatan berelektronik. Dalam hal ini, bekalan kuasa at diperlukan bagi membolehkan voltan au ditukarkan ke at. Ciri-cirinya hampir sama dengan bateri di mana nilai voltannya dapat disesuaikan dengan keperluan alat.



Rajah Blok Bekalan Kuasa Linear















Rajah Litar













Menaik & menurunkan

Voltan pada

nilai yang

dikehendaki





- 1Ө - ½ gelombang - C hasilkan voltan yang yang lebih mantap,

- 3Ө - gelombang penuh - RC stabil dan halus

- tetimbang - LC

-π



Ciri-Ciri Bekalan Kuasa Linear



Frekuensi masukannya adalah 60 Hz

Bersaiz besar mengikut keupayaannya

Lebih besar keupayaannya saiz kapasitor lebih besar

Ada had dan sesuai digunakan untuk beban yang menggunakan arus yang rendah

Harga lebih murah

4 ciri bekalan kuasa at linear yang baik



i. pengaturan beban perlu kurang daripada 2.0

ii. perubahan pada voltan beban teratur berbanding dengan voltan talian

iii. pengatur voltan pembawa-pemungut yang membekalkan voltan perlu mempunyai keluaran galangan yang rendah untuk menstabilkan lagi keluaran litar

iv. penghapusan riak yang mana nisbah riak mesti kecil





PENGUBAH



 1 Fasa

 3 Fasa

Fungsi Asas Pengubah

i. menaikkan voltan / amplitud

ii. menurunkan voltan / amplitud

iii. menghalang kemasukan isyarat hingar

iv. membekalkan pengasingan pembumian talian kuasa



3 jenis teras yang terdapat dalam transformer

i. teras udara

ii. teras ferrite

iii. teras besi



Kelebihan pengubah 3 fasa

i. saiz kecil

ii. lebih ringan

iii. harga murah

iv. hanya 1 sahaja diperlukan



Jenis-jenis Pengubah



1. Pengubah Loceng

- untuk kerja-kerja pemasangan loceng

- jenis langkah turun

- Vo = 12 V, 8V , 4V bagi jenis A

- Vo = 6V bagi jenis B

- menjimatkan

- tidak perlu dicas semula

2. Pengubah Kuasa

- meninggi dan menurunkan voltan pada system penghantaran dan

pengagihan

- digunakan pada alat elektronik, tv, pengecas bateri



3. Pengubah Audio



4. Pengubah Perantaraan



PENERUS

Fungsinya menukarkan voltan au keluaran pengubah kepada voltan at yang berdenyut.

2 ciri penerus

i. menggunakan satu atau gabungan beberapa unit diod

ii. membekalkan penerusan separuh gelombanng atau gelombang penuh





 Gelombang separuh















 Gelombang Penuh

























 Tetimbang



































PENAPIS

Fungsinya menukarkan voltan at berdenyut keluaran penerus kepada voltan at yang beriak

Jenis-jenis penapis:



 Penapis Kapasitor





















 Penapis RC

































 Penapis LC























 Penapis Π



























r = √2

2C1C2(4πf)3











PENGATUR VOLTAN



 Adalah keupayaan sesuatu bekalan kuasa untuk menetapkan proses keluarannya walaupun terdapat perubahan pada masukan atau beban

 Peratus pengaturan yang kecil adalah baik untuk bekalan kuasa secara keseluruhan















VTB – V max ( apabila bekalan kuasa tidak disambung pada beban)

VBP - V min ( voltan susut bila bekalan kuasa disambung kepada beban)

Jenis-jenis Pengatur

i. Diod

ii. Transistor

iii. Operation Amplifier (Op-Amp)

iv. Integrated Circuit (IC)

Terdiri daripada

 Pengatur Voltan Diod Zener













 Pengatur voltan Siri Transistor













 Pengatur Voltan Litar Bersepadu (IC)



























 Pengatur voltan Op-Amps











Pengatur Transistor

a) Siri















Transistor yang disambung bersiri dengan beban akan mengawal nilai voltan masukan yang dibenarkan ke keluaran. Voltan keluarkan akan disampelkan oleh satu litar yang membekalkan voltan suapbalik yang akan dibandingkan dengan voltan rujukan.



Sekiranya voltan keluaran menyusut, penambahan dalam VBE akan menyebabkan transistor untuk menghasilkan lebih nilai arus yang akan menaikkan voltan keluaran dan mengekalkan voltan keluaran. Diod zener akan bertindak sebagai voltan rujukan. Proses yang sama berlaku jika voltan keluaran meningkat. Transistor akan mengurangkan nilai arus, menyebabkan voltan keluaran berkurang dan mengekalkan voltan keluaran.

b) Pirau













Pengatur pirau menggunakan perintang boleh ubah yang di letakkan selari dengan beban. Pengatur di capai dengan mengekalkan rintangan beban yang kekal. Ciri – ciri rintangan pirau bergerak bertentangan arah dengan rintangan beban.

Pengatur Litar Bersepadu (IC)

Terdapat 3 jenis:

1. Pengatur voltan tetap (fixed output)

2. Pengatur keluaran berubah (variable output); keluaran berubah ikut julat

3. Pengaturan penyuisan (switching regulator); lebih kepada elemen kawalan penyuisan

Litar yang terkandung dalam IC

1. Litar Kawalan (Control circuit)

Bahagian yang akan mengawal proses memula dan mematikan pengaturan

2. Litar Pirau(Biassing circuit)

Memberikan satu nilai voltan rujukan kepada pengatur

3. Litar Pengkali (DC Level Shift)

Berfungsi meningkatkan nilai voltan merujuk kepada nilai voltan rujukan

4. Litar Keluaran(Output circuit)

Voltan yang terhasil boleh dilaras mengikut julat yang diberi.



3 pin IC

LM 309 - keluaran positif 5V

LM 317 - keluaran positif bolehubah 1.2 – 32 V

LM 320-5 - keluaran negatif 5V tetap

LM 338 - keluaran positif berubah 1.2 – 32V

LM 340 - keluaran positif tetap 15V

LM 350 - keluaran positif berubah 1.2 – 33V

RC 4194 (Dual Tracking) - keluaran positif 0 – 32V

RC 4195 (Dual Tracking) - keluaran tetap ±15V





Ciri-ciri Pengatur Voltan IC

1. Kuasa yang tinggi berbanding saiz yang kecil

2. Kawalan faktor kuasa baik jika voltan masukan adalah a.u

3. Pengasingan masukan dan beban

4. Arah aliran kuasa boleh dikawal

5. Keupayaan penukaran tinggi

6. Harmonik yang kecil



Bentuk IC



a) Siri 78XX – menghasilkan voltan keluaran positif

















Siri LM 78XX ( di mana XX = 05, 06, 08, 10, 12, 15, 18 atau 24 ) ialah pengatur voltan tiga terminal. IC LM7805 akan menghasilkan voltan keluaran +5 V, LM7806 akan menghasilkan voltan keluaran +6 V dan seterusnya LM7824 akan menghasilkan voltan keluaran +24 V.



Voltan masukan AT dari penerus ditapis oleh pemuat C1 bagi menghindarkan riak yang tidak dikehendaki, sebelum disambungkan ke kaki 1. Kaki 2 memberikan keluaran teratur +12 yang di tapis oleh pemuat C2. C2 akan menapis gangguan berfrekuensi tinggi yang terdapat dalam sistem. Kaki 3 disambungkan ke bumi.



b. Siri 79XX (menghasilkan voltan keluaran negatif)









Siri 79XX mempunyai ciri – ciri yang sama dengan siri 78XX tetapi menghasilkan voltan negatif.







c. Siri Lm 317



















LM317 adalah bahagian standard jumlah untuk satu bersepadu tiga terminal pengatur voltan linear boleh laras. LM317 adalah satu pengatur voltan positif yang merangkumi voltan masukan 3V hingga 40V dan voltan output antara 1.25V dan 37V. Satu julat arus yang biasa adalah 1.5A walaupun beberapa model arus yang lebih rendah dan lebih tinggi boleh didapati.



Voltan output bolehubah dicapai dengan menggunakan satu meter upaya atau satu voltan boleh ubah daripada sumber berbeza untuk diberikan satu voltan kawalan untuk terminal kawalan. LM317 juga mempunyai satu penghad arus terbina dalam untuk menghalang arus keluaran daripada melebihi arus terkadar, dan LM317 akan secara automatik mengurangkan arus keluarannya jika keadaan suhu meningkat berlaku.



Walaupun LM317 adalah satu pengatur boleh laras, ia kadangkala digunakan untuk kegunaan aplikasi – aplikasi voltan berketepatan tinggi jika dibandingkan dengan LM78xx kerana LM317 direkabentuk dengan toleransi-toleransi output yang tinggi. Untuk satu aplikasi voltan tetap, pin kawalan biasanya dipasang dengan satu perintang tetap, satu rangkaian diod Zener, atau satu voltan kawalan yang tetap daripada sumber berbeza.





d. Siri µa 723





Ia digunakan dalam litar bekalan kuasa AT rendah, kerana ia mempunyai ciri-ciri boleh ubah, litar pelindung dan boleh ubah suai untuk arus yang tinggi.

























Dari litar dalaman litar sepadu ini, semua blok – blok yang terdapat di dalamnya mempunyai tugas tertentu.

Diod zener sebagai voltan rujukan mempunyai ciri penstabil jitu walaupun suhu berubah. Ini di bantu dengan punca arus tetap (constant current source). Op Amp di gunakan sebagai amplifier voltan rujukan ( Vref Amp).



Amplifier ralat pula dibuat dari Op Amp yang mempunyai kecekapan yang tinggi di mana perubahan voltan keluaran dapat di stabilkan dengan cepat.

Ia juga mempunyai litar penghad arus dan ‘Freq Compensation’ sebagai peredam hingar.

Sebagai pengatur arus rendah transistor siri ini di bina didalamnya. Ini untuk kegunaan pengaturan voltan yang arusnya tidak melebehi 400 mA.



iii. Litar Penghad Dan Menaikkan Arus





Litar penghad nilai arus Litar peningkat nilai arus









Dengan menambah TR3 dan Rs, kita bolah menghadkan arus maksima yang keluar dari pengatur atau bekalan kuasa.

Ia juga berfungsi sebagai pelindung arus lampau.

Rs sebagai pengesan arus, adalah rintangan bernilai rendah dan berkuasa tinggi.

Arus yang tinggi melalui Rs akan menyusutkan voltan merintanginya. Voltan ini adalah sama dengan voltan b-e TR3.



Apabila VRs melebihi BE, transistor TR3 mula berkerja. Arus Ib untuk TR1 akan tertarik ke TR3 dan membuatkan TR1 berhenti berkerja.

Arus yang tinggi tadi akan terhad.Rs boleh di kira jika mahukan nilai arus tertentu.Contohnya jika arus maksima ialah 2 A dan transistor yang digunakan ialah silicon,jadi :

Rs = Vbe /Imak = 0.7/2 = 0.35 

iv. Litar Pengganda Voltan Dan Keburukan













Fungsi utama litar ini adalah untuk menggandakan nilai voltan masukan.



Terdapat 2 jenis litar pengganda:

o Pengganda gelombang separuh.

o Pengganda gelombang penuh.

Litar Pengganda Gelombang Separuh



akan mengalirkan arus, ia akan menyimpan cas pada C2. Voltan yang tersimpan pada C2 adalah 2 kali ganda voltan masukan. Semasa kitar negatif pada titik P, D1 akan mengalirkan arus. Ini akan menyebabkan pemuat C1 menyimpan cas. D2 tidak akan mengalirkan arus kerana berada pada pincang balikan.



Semasa kitar positif pada titik P, D1 tidak mengalirkan arus kerana mendapat pincang balikan. Ini akan menyebabkan C1 membuang cas negatif merentas C2. Pada waktu yang sama D2

B positif

C1 = Em

A positif

C2 = 2Em = (tambah dengan Em pada C1)





Pengkali (x3) separuh gelombang

















B positif

Cas C1 kepada nilai Em

Cas C3 kepada nilai Em

A positif

C2 = 2Em hasil daripada Em bekalan dan Em C1

Keseluruhan = 3Em, C2 + C3 = 2Em + Em = 3Em



Litar Pengganda Gelombang Penuh















Semasa kitar positif pada titik Q, D2 akan mengalirkan arus. Cas akan tersimpan pada C1. D1 tidak mengalirkan arus kerana mendapat pincang balikan.

Semasa kitar negatif pada titik Q, D2 tidak mengalirkan arus kerana mendapat pincang balikan. D1 akan mengalirkan arus seterusnya menyimpan cas pada C2.

Pemuat C1C2 akan membuang cas pada C3, ini akan menjadikan nilai voltan pada C3 mempunyai 2 kali ganda.

B lebih positif daripada A

- D1 pincang songsang

- Arus akan melalui C2 dan D2

- C2 dicas nilai Em





A lebih positif daripada B

- Arus akan melalui D1 dan C1

- C1 dicas nilai Em















Kapasitor C1, fungsinya ialah untuk menghalang interaksi voltan a.t (voltan pincang yang diberikan pada pengeluar, VEE) dan ia membenarkan isyarat a.u (voltan dari penjana isyarat) melaluinya.

Sekiranya voltan pincang yang betul telah diberikan pada litar ini, transistor akan mula mengalirkan arus operasi, jadi kiraan-kiraan berikut kita dapati :

















Semasa voltan masukan adalah pada ½ kitar positif, ia akan menyebabkan bahan jenis N dari bahagian pengeluar menjadi kurang negatif.

Ia akan menyebabkan nilai IE tadi menjadi semakin berkurang ( katakan 0.4mA ), IC akan turut berkurang ( IC =IE ) dan nilai Vc makin meningkat ( katakan menjadi 19V)

Semasa ayunan separuh kitar negatif pula, ia akan menyebabkan bahagian pengeluar menjadi bertambah negatif ( IC = IE ).



























Rajah menunjukan tiada perbezaan fasa pada gelombang keluaran berbanding gelombang masukan.



Dari segi gandaan voltan :











Keburukan



Riak yang tinggi mengurangkan keupayaan

Pengaturan yang tidak baik bekalan kuasa



Kebaikan litar pengganda voltan

1. naikkan nilai voltan tanpa kos tanpa kos tambahan

2. hasilkan voltan yang tinggi dan arus yang rendah.

Keburukan

Voltan keluaran bergantung pada cas kapasitor.





Litar Perlindungan Dan Suapbalik



Litar Perlindunagan



Terdapat dua jenis litar penghad arus iaitu:

- Penghad arus malar

- Penghad arus lipat balik



Litar Perlindungan Penghad Arus Malar





Pengatur Dengan Penghad Arus Malar



















Litar Perlindungan Penghad Arus Lipat Balik





Litar Pengatur SuapBalik Dengan Penguat Ralat Op-amp





Fungsi Litar suapbalik dalam litar bekalan kuasa linear ialah litar dapat stabilkan voltan keluaran











PEMBAHAGI VOLTAN



Terdiri daripada



 Pembahagi voltan tetap



 Pembahagi voltan boleh ubah





























Ciri-ciri Bekalan Kuasa

4 ciri untuk menentukan bekalan kuasa yang baik / berkualiti:



1. Pengaturan Beban

 Pengaturan < 2 adalah baik

 %Pengaturan = VNL – VFL X 100

VNL



2. Pengaturan punca / talian

 Berlaku antara voltan masukan (Vac) dengan Vin

 Dilakukan terhadap voltan pada penerus dan penapis

 Vin α Vac : Vtalian

 Perubahan pada voltan beban teratur berbanding voltan talian



3. Galangan keluaran

 Rintangan keluaran bagi faktor kuasa adalah terlalu kecil dalam litar. Pengatur voltan pembawa-pemungut (Emm-Coll) akan membekalkan voltan beban.

 Pembawa pemungut ini mempunyai keluaran galangan yang rendah dan dengan litar suapbalik galangan keluaran keseluruhan dapat dikurangkan lagi

 Zout = Zout

1 + AB



4. Penghapusan riak

 Biasanya berlaku pada C

 Pengurangan riak akan memberikan bekalan kuasa lebih stabil dan baik

 Pengaturan akan stabilkan V keluaran yang dikehendaki terhadap perubahan V masukan.

 RR = VR (out)

VR (in)